城市軌道交通牽引供電及電力技術分析

城市軌道交通牽引供電及電力技術分析

摘要：隨著我國城市化進程的不斷發(fā)展，城市軌道交通已然成為城市交通的主力軍，不僅為人民的出行提供了很多的便利，其自身的出行效率也十分的高。同時也正是因為城市軌道交通的自身優(yōu)點，促使其成為城市發(fā)展過程中的交通寵兒。但是，城市軌道交通在運行過程中也需要牽引供電及電力技術的支持。因此，本文主要將通過對城市軌道交通牽引供電及電力技術進行相關的研究分析，以便為技術的革新提供良好的基礎。關鍵詞：交通；城市軌道交通；牽引供電及系統(tǒng)；電力技術引言：目前，城市軌道交通還是一種比較新型的交通工具，但是由于其自身所具備的一些適合當下環(huán)境的優(yōu)點，已經(jīng)成為我國多個城市交通網(wǎng)絡的重要組成部分，為城市的交通減輕了大部分的壓力。其與汽車、公交等交通方式的不同之處在于城市軌道交通具備顯著的低污染、低噪聲以及載客量大等優(yōu)勢。在當前這個社會環(huán)境下，尤其是一些交通比較擁堵的城市，比如:北、上、廣、深等特大城市，城市軌道交通也因為自身低污染以及低噪聲的優(yōu)勢而受到了社會的認可和使用。從某個角度來講，城市軌道交通已經(jīng)成為城市交通網(wǎng)中不可或缺的一部分，在交通運輸、緩解交通壓力等方面都起到了重要作用，因此，加快對我國城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)及相關技術進行探究也顯得更加重要和迫不及待。城市軌道交通現(xiàn)狀的概述城市軌道交通并不僅僅是指一種交通工具，它是對輕軌、地鐵以及公交車等交通工具的總稱。世界上最早的軌道交通是出現(xiàn)在1850年代花費九年時間所建設的大都會鐵路，并于1863年在英國正式投入運營。那時軌道交通的牽引力來源為蒸汽機，并在時代的發(fā)展下不斷的發(fā)生轉變，直到現(xiàn)如今，軌道交通的牽引力來源已經(jīng)用電能代替。在當前經(jīng)濟不斷發(fā)展的環(huán)境下，由于人口的增長，城鎮(zhèn)化的發(fā)展，越來越多的人從農村涌入城市，使得城市化進程在不斷加快，路面紅綠燈的增加，汽車數(shù)量的增加等原因導致了嚴重的交通擁堵問題，基于此很多的發(fā)達國家越發(fā)地重視軌道交通，以便于緩解城市交通的壓力。就現(xiàn)目前軌道交通發(fā)展的實際情況來看，中、美、德三國的軌道交通里程數(shù)在世界上排名靠前，而在我國目前只有北京和上海兩個城市的軌道交通最為發(fā)達，其他城市也在加快城市軌道交通建設的步伐，以便為城市的交通壓力減輕負擔。2、供電系統(tǒng)分析在我國的軌道交通建設中，直流供電系統(tǒng)以及交流供電系統(tǒng)是城市軌道交通牽引中的兩種牽引供電系統(tǒng)。因此，下面將對這兩種系統(tǒng)進行系統(tǒng)的分析。2.1直流供電系統(tǒng)我國國標規(guī)定直流系統(tǒng)的牽引電壓為750V和1500V，現(xiàn)以DC1500V為例對直流的牽引方式進行分析。直流供電系統(tǒng)在城市軌道交通牽引系統(tǒng)的中，直流牽引的運行方式分為以下三種：（一）整流機組正常運行方式：兩臺整流機組并聯(lián)運行輸出至DC1500V母線，并通過斷路器和上網(wǎng)隔離開關向接觸網(wǎng)供電。（二）整流機組單機組運行方式（故障情況）：當某臺整流機組故障時，退出整流機組聯(lián)跳關系，由另一臺整流機組單機組運行，并通過斷路器和隔離開關向接觸網(wǎng)供電。（三）整流機組雙機組故障運行方式：兩臺整流機組中壓柜斷路器分閘，分為三種情況，一是1500V直流饋線斷路器分閘，再生制動吸收裝置退出運行，本所越區(qū)隔離開關合閘后，通過越區(qū)隔離開關進行大雙邊供電。二是兩臺整流機組正負極隔離開關分閘，合上上網(wǎng)隔離開關和直流饋線斷路器，將再生制動吸收裝置投入運行，通過1500V開關柜母線進行大雙邊供電。三是本所1500V直流系統(tǒng)全部退出運行，由相鄰所進行單邊供電。直流牽引主要采用雙邊供電的方式。這種方式的優(yōu)勢就是一旦出現(xiàn)某一電線路故障，另外一個供電線路仍然能夠繼續(xù)為軌道交通運行的牽引供電區(qū)段實現(xiàn)供電，滿足牽引供電的需求，保證城市軌道交通的正常運行的。同時，在地鐵城市軌道交通搭建牽引直流供電系統(tǒng)的過程中，還有地鐵排流柜，排流柜由排流二極管、排流隔離開關、快速熔斷器、電流傳感器、IGBT和電阻器、排流電阻等主要元件組成；其主要作用為防止列車運時雜散電流腐蝕隧道結構鋼筋及其它金屬構件，將雜散電流統(tǒng)一收集后回流回整流器負極。然而，即使是具有如此的優(yōu)勢，城市軌道交通牽引的直流供電系統(tǒng)在使用中依然受到自身變電模式的限制，使供電距離減小，以至于電能的傳輸效率降低。由此可見，直流供電系統(tǒng)并不是所有的城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的最佳或最優(yōu)選擇。2.2交流供電系統(tǒng)相較于城市軌道交通牽引中的直流供電系統(tǒng)，交流供電系統(tǒng)在城市軌道交通牽引供電中的牽引側接線一律采用單母線接線，由于接地的鋼軌作為一相（一般為低壓側的C相），所以牽引母線只有兩相，即由兩條單母線組成，每條饋出線各自采用一臺備用斷路器，則有100%的備用。牽引降壓混合變電所搭建過程就是使用兩臺110kV（220kV）三相兩繞組的變壓器（一臺主用一臺備用）在變電所內同時安裝，可以把對稱的三相制變換為平衡二相制，這時變壓器次邊的二相電壓數(shù)值相等，當次邊二相負荷相等時，原邊三相電流完全對稱。因低壓側C相位于接地一側，高壓端為電網(wǎng)接入端。城市軌道交通牽引交流供電系統(tǒng)在系統(tǒng)上的設備要具有一個較強的耐磨性，這樣才能保證供電系統(tǒng)在抵御運行中機車取流時較大瞬間接觸壓力時更加的可靠。3、電力技術分析3.1接觸網(wǎng)供電網(wǎng)絡技術在城市軌道交通牽引的電力技術中，接觸網(wǎng)是其中最為常見的一種供電網(wǎng)絡。一般而言，接觸網(wǎng)中會有一個導線的點擊，能夠通過集電裝置和金屬輪軌實現(xiàn)電流的回流，當然也有存在兩個導線的情況。在城市軌道交通的建設中，如果使用的是膠輪系統(tǒng)如單軌電車，那么此時的軌道交通去取電工作必須要通過兩邊的接觸網(wǎng)來完成。當前，接觸網(wǎng)也有兩種不同的類型，柔性接觸網(wǎng)以及剛性接觸網(wǎng)。其中使用柔性接觸網(wǎng)只能實現(xiàn)電力的傳輸工作，其并不存在承力的作用，因此柔性接觸網(wǎng)在使用中會存在一定上下震蕩的現(xiàn)象，但是由于柔性接觸網(wǎng)與鏈型懸掛結合能夠實現(xiàn)跨度的增加，而在長距離和速度高的城市軌道交通中被廣泛的應用。相較而言，剛性接觸網(wǎng)的優(yōu)勢就在于其解決了柔性接觸網(wǎng)中無法承力的弊端，在城市軌道交通地上和地下線路中，剛性接觸網(wǎng)能夠實現(xiàn)線路轉換的無縫對接。3.2第三軌供電技術在我國城市軌道交通的建設中，還有另一種常見的供電網(wǎng)絡技術被稱為第三軌供電技術，該技術在材質上使用了鋼鋁復合型材料，這種材料的優(yōu)勢就是能夠使第三軌技術在軌道建設的應用中具備較高的導電性能。這種牽引網(wǎng)建設技術的優(yōu)勢就在于鋼鋁復合型材的高導電性能能夠將電能的耗損降到最低，這樣就不用在軌道的沿線設置饋電電纜，將大大的減小城市軌道交通的建設成本。接觸軌及其接頭、端部彎頭、防爬器和安裝底座都是組成第三軌供電技術的主要結構。同時，構成第三軌供電技術的接觸軌接頭有兩種：正常接頭以及溫度伸縮接頭。其中，在使用正常接頭過程中，安裝時就需要通過魚尾板對其與支持點相距600mm以上的距離進行固定，而溫度伸縮接頭的使用則是能夠有效地避免環(huán)境溫度變化造成的接觸軌伸縮的現(xiàn)象，而且大大地美化了城市。3.3電纜牽引網(wǎng)分段供電與保護技術電纜牽引網(wǎng)在城市軌道交通牽引交流供電系統(tǒng)實施牽引網(wǎng)分段供電，那樣就能夠對傳輸過程中的電能消耗有一個有效地減少作用。一般情況下，其會使用1500V的直流電壓對牽引網(wǎng)進行供電，極少數(shù)的情況下也會使用750V的電壓進行供電。牽引網(wǎng)在使用過程中一定要保證有上下兩條并聯(lián)線路的支撐，且還要對變壓器進行一個統(tǒng)一的管理和對區(qū)間中的線路進行分段電能傳輸，便于分段對線路進行保護，最大程度上降低故障情況發(fā)生時的影響程度。3.4絕緣技術絕緣保護對于城市軌道交通牽引直流供電系統(tǒng)而言是十分重要和有價值的，因為在城市軌道交通牽引直流供電系統(tǒng)運行中會存在著一定的迷流問題，當在供電系統(tǒng)運行的過程中遇到這樣的問題時，就可以將牽引直流供電系統(tǒng)中的直流負極與正極設置其絕緣保護系統(tǒng)。當然，如果系統(tǒng)中直流負極是接地處理，那么則有可能會造成直流電源負極的迷流回路發(fā)生概率增加，對整個軌道交通系統(tǒng)的運營造成不可挽回的影響。結束語：綜上所述，當前城市軌道交通作為一種更適合當下社會環(huán)境的新型交通工具，在社會中得到廣泛的應用，優(yōu)勢是交通擁堵的城市。而城市軌道交通建設中的牽引供電系統(tǒng)和電力技術的發(fā)展使得整個軌道交通的運行更加的安全可靠，同時對于牽引供電系統(tǒng)和電力技術的分析對于軌道交通行業(yè)的長久發(fā)展而言也具有哦十分重要的意義。參考文獻：[1]梁振剛.城市軌道交通牽引供